Microbiologia alcoolului

Alcoolul de fermentaţie se poate obţine prin procese de fermentaţie şi prin procese chimice. Ca materii prime la noi în ţară se folosesc:

• materii prime amidonoase – cartofi, cereale, ce suferă procese hidrotermice, apoi enzimatice, cu obţinerea de plămezi dulci ce sunt apoi supuse fermentaţiei alcoolice;
• materii prime zaharoase – melasa (din sfeclă, trestie de zahăr ).

Drojdii producătoare de alcool – Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces diastaticus, Saccharomyces bayanus, Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces polysporus, Kluyveromyces loderi, Hansenula anomala, Hansenula fabiani, Debaryomyces hansenii, Pichia. Unele drojdii mutante pot să fermenteze pentoze în condiţii slab aerobe aparţinând speciilor: Candida shaetae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophillus .

Bacterii producătoare de alcool:

• Zymomonas mobilis , bacterie facultativ anaerobă, Gram negativă, sub formă de bastonaşe, poate să producă 10-16% vol.alcool;
• Clostridium thermocellum , Acetovibrio cellulolyticus , au activitate amilazică şi celulozolitică, se pot folosi în culturi mixte cu drojdii fermentative;
• Clostridium thermosaccharolyticum , Termoanaerobacter ethanolicus , sunt termofile active la 66-69ºC, prezintă dezavantajul de a produce cantităţi mari de produse secundare de fermentaţie.

Obţinerea alcoolului din materii prime amidonoase

Au loc procese de zdrobire (cartofi), măcinare (cereale), apoi are loc gelatinizarea granulelor de amidon pe cale hidrotermică pentru a favoriza la plămădire hidroliza enzimatică a amidonului.

Plămada dulce este trecută în zaharificator, este răcită la temperatura optimă de activitate a enzimelor amilolitice adăugate în scopul zaharificării amidonului. Drojdiile de alcool nu produc amilaze, de aceea se folosesc enzime vegetale sau microbiene pentru transformarea amidonului în glucide fermentescibile. În fermentaţia clasică pentru zaharificare se folosesc enzime amilolitice din malţul verde (slad), care conţine în cantitate mare α-amilază, β-amilază cunoscute şi sub denumirea de diastaze.

Enzimele microbiene sunt mai avantajoase deoarece pot fi dozate cu precizie, pot avea o activitate de zaharificare mai avansată, deoarece pe lângă α şi β-amilaze produc şi glucoamilaza. Astfel se pot obţine avantaje prin reducerea spaţiului necesar obţinerii malţului şi a consumului de energie. Pentru obţinerea de amilaze se folosesc microorganisme din genul Bacillus cu speciile B.subtilis, B.coagulans , B.sthearothermophillus , care produc α-amilaze termorezistente, active chiar la 90-100ºC, astfel fermentaţia este protejată şi sunt inactivate microorganismele contaminante.

Mucegaiuri selecţionate pot produce α-amilaze şi glucoamilaze folosite pentru zaharificarea plămezilor amidonoase sub formă de preparate brute. În acest scop mucegaiurile se cultivă pe mediu ce conţine tărâţe, la pH acid şi temperatura de 30ºC. Se folosesc mucegaiuri selecţionate din genul Aspergillus , cu speciile A.oryzae, A.niger, A. awamori, A.usamii . Poate produce glucoamilaze şi drojdia Saccharomyces fibuligera .

După zaharificarea plămezilor amidonoase are loc inocularea cu celule active de drojdii. Drojdiile adaptate la fermentarea acestora au putere de atenuare şi capacitatea de a fermenta şi dextrinele cu molecule mici.

Tulpinile de drojdii folosite la fermentarea plămezilor amidonoase zaharificate sunt adaptate de a fermenta maltoza. Pentru obţinerea inoculului se porneşte de la cultura pură care se multiplică mai întâi în laborator, apoi în fabrică în cadrul operaţiei tehnologice de prefermentare. Urmează apoi fermentarea obţinându-se în final în plămezile fermentate 8-9% vol. alcool. După fermentare plămada este dirijată la distilare, unde se obţine alcoolul brut care prin rectificare trece în alcool rafinat.

Obţinerea alcoolului din melasă

Melasa reprezintă un mediu bun pentru fermentare deoarece conţine aproximativ 55 % zaharoză, 2% rafinoză, substanţe minerale, factori de creştere (biotină). Se utilizează drojdii din specia Saccharomyces cerevisae , drojdii de fermentaţie superioară, capabilă să fermenteze complet rafinoza. Drojdia trebuie să aibă toleranţă la presiune osmotică ridicată deoarece în acest caz se pot folosi plămezi mai concentrate în zahăr.

La obţinerea industrială a alcoolului din melasă randamentul în alcool depinde atât de proprietăţile biotehnologice ale culturii de drojdie cât şi de calitatea melaselor folosite pentru obţinerea mediului de fermentare. Melasa are o încărcare microbiană ridicată şi se consideră o melasă bună cea care conţine până la 2•10 ³ celule/g; cea de calitate inferioară are peste 3•10 ⁴ celule/g. Microbiota melasei este formată din:

• bacterii lactice: Lactobacillus brevis, Lactobacillus plantarum – tolerante la alcool (14º), nu suferă plasmoliza la concentraţii ridicate de zahăr;
• bacterii butirice: Clostridium pasteurianus, Clostridium nigrificans – influenţează negativ calitatea melasei;
• bacterii de putrefacţie: genul Bacillus cu rol în formarea de nitriţi;
• bacterii acetice.

În scopul folosirii la fabricarea alcoolului, melasa este diluată şi se adaugă şi alte substanţe nutritive care favorizează fermentaţia. Melasa păstrată în stare diluată poate suferi o degradare prin fermentare cu bacterii din genul Leuconostoc mesenteroides care produc polimerizarea glucozei cu formare de dextran care îi măreşte vâscozitatea şi scade conţinutul în zahăr fermentescibil.

În tehnologia obţinerii alcoolului din melasă, mediul este sterilizat, are loc inocularea cu drojdii adaptate la melasă, fermentaţia alcoolică durează 24-36 h, apoi au loc operaţiile de distilare şi rectificare.

Alcoolul de fermentaţie conţine în afară de alcool şi alte produse secundare: aldehide, esteri ş.a. Este un produs conservabil având un efect bactericid maxim la 70º alcool, deoarece produce coagularea proteinelor din citozolul celular.

Este folosit pentru obţinerea băuturilor alcoolice cu tărie 40-60º alcool, în amestec cu sucuri şi extracte din fructe etc.

Obţinerea prin fermentaţie a romului

În ţări cultivatoare de trestie de zahăr (Jamaica, Cuba etc.) din melasă de trestie de zahăr se poate obţine prin fermentare şi distilare, romul.

Pentru fermentare se folosesc culturi de drojdii: Saccharomyces cerevisiae , Schizosaccharomyces pombe , g. Hansenula care produc pe lângă alcool etilic şi produşi secundari cu rol în formarea aromei. Aroma specifică se obţine şi prin adaosul în plămezi al unor plante aromatizante.

Prin distilarea plămezilor distilate se obţin distilate cu 80-88%vol.alcool, care pentru îmbunătăţirea calităţilor senzoriale se păstrează în vase de lemn de stejar timp de 3 ani. Pentru obţinerea romului se adaugă caramel (pentru caramel) şi se aduce la concentraţia de 40-45% vol.alcool (în produsul pentru comercializare).